各代光電采樣器的比較

第一代模擬式光電采樣器，是一種簡(jiǎn)單的光電發(fā)射、接收電路，幾乎不具備抗外界干擾能力。第二代模擬式光電采樣器，具有一定的抗外界干擾性能，但是需電位器調(diào)節(jié)。在電表轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，往往不能正常采樣，需多次調(diào)節(jié)，大大降低了工作效率；另外，電位器使用一久，機(jī)械件的松動(dòng)和電位器的磨損，使有些光電采樣器根本無(wú)法正常采樣。第三代數(shù)控式光電采樣器的出現(xiàn)，使光電采樣器的發(fā)展產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，該產(chǎn)品對(duì)好光后，即可正常采樣，且具有一定的抗干擾性能，但該產(chǎn)品在外界光線變化較大時(shí)，往往不能正常采樣。而且大多數(shù)數(shù)控光電采樣器要么不能校電子式電度表，要么不能校機(jī)械式電度表。另外，以上產(chǎn)品普遍存在安裝不方便、不易對(duì)光、采樣范圍小、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，影響了整個(gè)校驗(yàn)裝置的使用。

針對(duì)以上缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種智能型光電采樣器。該光電采樣器在校驗(yàn)電子式電度表時(shí)對(duì)光線變化的適應(yīng)能力很強(qiáng)。因此，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是解決機(jī)械式電度表的校驗(yàn)問(wèn)題，機(jī)械式電度表校驗(yàn)時(shí)的效果越好，電子式電度表的校驗(yàn)效果相對(duì)越好。

智能式光電樣器的特點(diǎn)

該光電采樣器除具有自動(dòng)適應(yīng)外界光線變化的特點(diǎn)外，還有優(yōu)點(diǎn)：

（1） 安裝方便。電路板往鏡頭相應(yīng)插槽一裝，發(fā)射管、接收管即定位。

（2） 對(duì)光范圍寬。該光電采樣器的對(duì)光范同為距表盤10mm～50mm。

（3） 對(duì)光速度快。只要將光電頭放在可調(diào)范圍內(nèi)，且發(fā)光管大致對(duì)準(zhǔn)表盤，即可正常采樣。

（4） 抗干擾能力強(qiáng)。 可抗除電度表圓盤上寬度不小于3mm的毛刺和斑點(diǎn)。

（5） 自動(dòng)調(diào)節(jié)靈敏度自動(dòng)復(fù)位。根據(jù)外界環(huán)境光的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)光電采樣器的靈敏度，當(dāng)外界光線變化超過(guò)一定范圍時(shí)，自動(dòng)對(duì)光電采樣器進(jìn)行復(fù)位。

（6） 機(jī)械式和電子式電度表均可校驗(yàn)。通過(guò)復(fù)用按鍵即可實(shí)現(xiàn)兩種電度表的校驗(yàn)。

智能式光電樣器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該光電采樣器采用一體化鏡頭，不會(huì)出現(xiàn)鏡頭脫落的情況，也不會(huì)出現(xiàn)鏡頭被污染的問(wèn)題，安裝比以前的分體式光電采樣器方便得多，大大提高了工作效率。 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1（a）所示，它是由兩只發(fā)光管F1、F2和光敏接收管S1組成；接收管S1采用光敏三極管，接收靈敏度高。S1、S2采用了發(fā)光強(qiáng)度大于800mcd的進(jìn)口超高亮度發(fā)光管，該管發(fā)光角度為±25°，使用壽命長(zhǎng)。另外，發(fā)光管與接收管間的角度約為25°。通過(guò)設(shè)計(jì)，就可保證光電采樣器在距表盤10mm～60mm的范圍內(nèi)均有大于8mm的光線經(jīng)返射后照射到接收管上，照射到表盤上的光線如圖1（b）所示。

這樣，電度表圓盤上不同寬度的干擾斑點(diǎn)吸收了不同程度的光線強(qiáng)度，致使反射到光敏接收管上的光線強(qiáng)度不一樣，從而使光敏接收管的電流隨光斑的大小而改變。

光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性

要區(qū)分開(kāi)電度表圓盤上的黑色標(biāo)記和較寬的干擾斑，采用傳統(tǒng)的小光源是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。采用小光源時(shí)，黑色標(biāo)記吸收的光線強(qiáng)度與一定程度的干擾斑吸收的光線強(qiáng)度基本相同，光敏接收管的輸出電流也基本相同，無(wú)法區(qū)分是黑色標(biāo)記還是干擾斑。只有照射到電度表圓盤上的光點(diǎn)大于干擾斑一定程度時(shí)，通過(guò)合理的接收處理電路，才有可能對(duì)干擾斑點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。本智能光電采樣器的光點(diǎn)設(shè)計(jì)為不小于8mm，可以輕而易舉地去除電度表網(wǎng)盤上的各種干擾斑。

接收管與發(fā)射管間的角度選擇

發(fā)射管與接收管間的距離和角度設(shè)計(jì)是否合理，直接影響了光電采樣器的性能。如果距離和角度設(shè)計(jì)不合理，電度表表殼玻璃的反射光會(huì)直接影響光電采樣器的采樣效果。當(dāng)光電采樣器的前后距離發(fā)生變化時(shí)，易使兩個(gè)發(fā)射管照射到電度表表盤上的光點(diǎn)不重合，或者照射到表盤黑色標(biāo)記上的光線較少，致使采樣效果不好。所以我們采用了如圖1（a）的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)槿绻l(fā)射管與接收管之間的角度較大，根據(jù)光的人射角等于出射角的原理可知，稍微改變光電采樣器的前后距離，就會(huì)使照射到電度表表盤上的兩光點(diǎn)發(fā)生較大的變化；如果發(fā)射管與發(fā)射管之間的角度太小，就會(huì)使光電采樣器距電度表表盤一定距離時(shí)，兩發(fā)射管發(fā)出的光發(fā)散，即兩發(fā)射管發(fā)出的光同時(shí)照射到表盤黑色標(biāo)記上的光較少。 自動(dòng)跟蹤電路的設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)光電采樣器真正意義上的的自動(dòng)跟蹤，就必須使光電采樣器做到如下兩點(diǎn)：即它不但能在不同的環(huán)境光亮度下對(duì)電度表進(jìn)行校驗(yàn)，而且必須具有判斷外境環(huán)境光突變的能力。不管外界環(huán)境光如何突變，光電采樣器都必須能對(duì)電度表進(jìn)行正常校驗(yàn)。

針對(duì)以上要求，光電采樣器在剛開(kāi)始工作時(shí)，首先要對(duì)光電采樣器的自身工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使其能識(shí)別電度表圓盤上的標(biāo)記信號(hào)，并能對(duì)其他干擾信號(hào)進(jìn)行有效地抑制。否則，不是不能識(shí)別電度表圓盤上的標(biāo)記信號(hào)，就是連其他干擾信號(hào)一起識(shí)別。 為此，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)電度表圓盤上的黑色標(biāo)記信號(hào)進(jìn)行記憶，由于其他干擾斑小于黑色標(biāo)記，所以可對(duì)電度表圓盤上的干擾斑進(jìn)行有效地抑制。

另外，必須在電路上對(duì)外界環(huán)境光進(jìn)行跟蹤，捕捉外界環(huán)境光的突變。否則的話，就可能使光電采樣器無(wú)法正常工作。例如，當(dāng)外界環(huán)境光的變化使黑色標(biāo)記的信號(hào)值為小于原來(lái)的值時(shí)，光電采樣器就無(wú)法對(duì)黑色標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別。這時(shí)光電采樣器需自動(dòng)復(fù)位，并調(diào)整靈敏度至相應(yīng)值，才可使光電采樣器正常工作。 根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)的光電采樣器的基本原理如圖2所示。

該電路南主要由M1、M2、M3三個(gè)專用模塊和IC1、IC2構(gòu)成。M1主要是完成對(duì)外界環(huán)境光的跟隨，并可以對(duì)IC1進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)M3進(jìn)行復(fù)位，對(duì)Q1進(jìn)行控制；M2在電路中對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較、放大；M3主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行跟蹤。IC1可調(diào)節(jié)比較電壓，IC2對(duì)比較、放大的信號(hào)進(jìn)行反相、整形。主要工作原理如下。

光電采樣器的發(fā)射管發(fā)出的光照射到電度表圓盤上，光線通過(guò)圓盤反射后，照射到光敏接收管上，使光敏接收管的內(nèi)阻發(fā)生變化。照射到光敏接收管上的光線越強(qiáng)，光敏接收管的內(nèi)阻越小。

由于電度表圓盤上各點(diǎn)凸凹不平，且光潔度不同，致使圓盤上各點(diǎn)對(duì)光的吸收和反射效果不同，從而反射到光電采樣器光敏接收管上的光強(qiáng)不同，光敏管的內(nèi)阻也就不同。尤其是黑色對(duì)光有吸收作用，因此當(dāng)光照射到黑色標(biāo)記時(shí)，光敏接收管上的內(nèi)阻最大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值Ua最高。

在環(huán)境光沒(méi)有變化的情況下，接通電源時(shí)，Ua》0V，M3的腳4上的電壓為0V，此時(shí)

Ub=Uc=0V，Ud為低電平，光電采樣器的輸出電壓Uout為高電平，光電采樣器的輸出指示燈變亮；與此同時(shí)，M3對(duì)Ua的電壓值進(jìn)行跟蹤，使M3的腳4上的電壓等于Ua（即Uc=Ua）；當(dāng)此點(diǎn)一過(guò)，若無(wú)更大的干擾斑，Ua變低，而Ub、Uc不變，故Ua

當(dāng)環(huán)境光變晴時(shí)，光敏管的內(nèi)阻變大，Ua升高△Ua，為有效濾除干擾斑，M3調(diào)節(jié)IC1使b點(diǎn)電壓保持為Ub+△ua。

當(dāng)環(huán)境光變亮?xí)r，光敏管的內(nèi)阻變小，Ua降低△ua，為使圓盤的黑色標(biāo)記到來(lái)時(shí)光電采樣器仍能正常工作，M3凋節(jié)IC1使b點(diǎn)電壓保持為Ub-△ua；若環(huán)境光的變化較大，致使表盤上黑色標(biāo)記的電壓變化幅度超過(guò)IC1的調(diào)節(jié)范圍時(shí)，M3立即對(duì)M2進(jìn)行復(fù)位，使M2重新對(duì)黑色標(biāo)記進(jìn)行跟蹤。

當(dāng)光敏管接收到的光線變化符合電子表的校驗(yàn)要求時(shí)，M1通過(guò)判斷將三極管01調(diào)節(jié)為電子表校驗(yàn)狀態(tài)，當(dāng)然也可通過(guò)按鍵開(kāi)頭將光電采樣器切換為電子表狀態(tài)。

由上可見(jiàn)，不管環(huán)境光線如何變化，也不管校驗(yàn)的是械機(jī)式電度表，還是電子式電度表。光電采樣器在無(wú)人工干預(yù)的情況下均可正常工作，從而真正實(shí)現(xiàn)了光電采樣器的智能化。